講德國工業4.0戰略內容之前，我們先看一下德國人對4次工業革命的劃分。
一、四次工業革命的劃分
第一次工業革命是機械化革命，誕生于18世紀晚期，瓦特發明蒸汽機后，1784年問世的珍妮紡織機實現了生產的機械化，從而誕生了車間、工廠，大量農民與手工業者成為產業工人，機械化革命成就了英國日不落帝國的傳奇，也促使人類從農耕文明走向了工業文明。
第二次工業革命是電氣化革命，標志事件是1870年，美國辛辛那提屠宰場的自動化生產線建成，企業能夠大批量生產、流水線式的生產，該時期以福特汽車為代表，工業進入了大批量的生產階段。
第三次工業革命是信息化革命，是上世紀70年代開始的，核心技術就是PLC以及后來的互聯網。進入信息化革命后，人們可以從繁復的勞動中得到初步解放，從而將更多精力投入到創造性工作當中，因此技術進步呈加速狀態，新興技術轉化為產品的周期越來越短。
第四次工業革命就是現在的工業4.0，通過賽博物理系統 (Cyber-Physical System，簡稱CPS系統)，將智能機器、存儲系統和生產設施融入到整個生產系統中，并使人、機、料等能夠相互獨立地自動交換信息、觸發動作和自主控制，實現一種智能的、高效的、個性化的、自組織的生產方式，推動制造業向智能化轉型。
圖1 工業革命的四個階段
工業4.0是以分散式智能制造為方向的全新生產管理模式，是將來的一種發展趨勢。德國人是這么描述的：“工業4.0 將在制造領域的所有因素和資源間形成全新的社會—技術互動水平。它將使生產資源（生產設備、機器人、傳送裝置、倉儲系統和生產設施）形成一個循環網絡，這些生產資源將具有以下特性：自主性、可自我調節以應對不同形勢、可自我配置、基于以往經驗、配備傳感設備、分散配置，同時，它們也包含相關的計劃與管理系統。作為工業4.0 的一個核心組成，智能工廠將滲透到公司間的價值網絡中，并最終促使數字世界和現實的完美結合。”
在德國人的愿景中，工業4.0是一種高度自動化、高度信息化、高度網絡化的生產狀態，工廠內人、機、料自主協同，自組織、高效運轉，工廠外，通過端對端集成、橫向集成，實現了價值鏈的共享、協作，效率、成本、質量、個性化都得到了質的飛躍。
我們了解了四次工業革命的劃分及主要特點，下面我們繼續分析德國工業4.0戰略。
二、揚長補短，德國完全有能力絕地反擊
雖然處境很困難，但德國也并非沒有機會。中國俗話說的好，危機危機，危險中孕育著機遇。其實，德國還是很有機會的，完全可以通過揚長補短，把自己的優勢鑄就利器，一招制敵，從而帶領德國制造業突出重圍，取得最終的勝利。
下面從三個方面看看德國制訂工業4.0戰略的基礎。
1、先天優勢可繼續發揮
1）發揮技術優勢，CPS系統成為戰略主線
眾所周知，德國具有雄厚的工業基礎與全球領先的制造業，如機床、汽車等行業，占據絕對的領先優勢，另外在嵌入式計算機技術、工業軟件等，均處于全球領導者的位置，這是德國實施第四次工業革命的技術基礎。通過將嵌入式計算機技術、工業軟件、自動化設備等這些德國的優勢技術攥成拳頭，形成以CPS為代表的工業4.0戰略核心，引領全球制造業發展，并將帶領德國所向披靡、天下無敵。
CPS是賽博物理系統（Cyber-Physical System）的縮寫，這是工業4.0的核心。很多人將CPS翻譯成信息物理系統，是不恰當的。CPS是一個綜合計算、網絡和物理實體的多維復雜系統，通過3C（Computing、Communication、Control）技術的有機融合與深度協作，通過人機交互接口實現和物理進程的交互，使賽博空間以遠程的、可靠的、實時的、安全的、協作的方式操控一個物理實體。CPS系統包含了將來無處不在的環境感知、嵌入式計算、網絡通信和網絡控制等系統工程，使物理系統具有計算、通信、精確控制、遠程協作和自治功能，從中可以看出，賽博遠非信息二字能代替的。為避免誤導讀者，筆者建議大家用音譯，稱之為賽博物理系統遠勝過信息物理系統。
CPS成為新一次工業革命的核心，不只是得到德國的高度重視，即便在CPS的發源地，美國總統科學技術顧問委員會在2007年7月，在《挑戰下的領先——競爭世界中的信息技術研發》報告中列出了八大關鍵的信息技術，其中CPS位列首位。
因此，德國工業4.0將CPS定位為核心技術，既是技術發展的需要，也是德國基于自身優勢建立起來的技術堡壘，CPS對德國工業4.0戰略來說，具有攻防兼備的功能。
圖2 CPS系統在工業4.0的位置
2）發揮高素質勞動者的優勢
一提起德國人，大家不約而同地想到敬業、嚴謹，這些都是現代工業所必須要具備的基本素質，而在產業工人素質方面，德國人在全球都是首屈一指的。
另外，德國在高素質工程技術人員與技術工人培養的方面，也具有非常領先的優勢，可以為企業提供大量技能嫻熟、工作敬業的高素質勞動者，這也是德國制造業競爭的優勢之一。
3）發揮成熟的社會化協作的優勢
通過200多年來的工業革命，德國形成了政府、企業、研究機構等多層次成熟的協作體制及協作能力，這也是促進德國創新的重要動力。比如主導工業4.0戰略的弗勞恩霍夫協會，協會下設80多個研究所，近15000科研人員，年經費10億歐元，是公助、公益、非營利的科研機構，一年可為3000多企業客戶完成約10000項科研開發項目，為企業，特別是中、小企業開發新技術、新產品、新工藝，協助企業解決自身創新發展中的組織、管理問題。
德國具有成熟的社會化協作方面，這些被稱為創新聚集帶的合作模式，是指相關各類型企業、大學以及研究機構所組成的開放的創新網絡，并根據各自的優勢在鏈條上的不同階段工作。各方可以進行知識、信息的共享，既有消費者、供應商與企業之間縱向共享，也有在同一產業企業之間的橫向共享。
這是將來德國實現三個集成，實現社會化生產，特別是端對端、橫向集成的社會基礎。
因此，德國通過工業4.0戰略，將這些技術、人才、社會協作化等方面的優勢競爭整合，完全可以形成自己的整體競爭優勢。
2、通過技術手段，劣勢瞬間變優勢
雖然在全球競爭面前，德國具有老齡化、中小企業居多等不利因素，但德國可以通過技術手段的改造，這些劣勢瞬間就可以轉變為優勢。
1）通過網絡化，快艇變航母
上一講說過，德國絕大部分企業是家族型的中小企業，他們非常注重品牌與長期競爭力，在產品研發、質量保障方面投入非常大，企業具有很強的技術與質量優勢，很多是行業的隱形冠軍，可稱之為商海中的快艇。但由于這些企業規模不大，參與全球競爭方面面臨著心有余而力不足的尷尬。
德國人發現，在成熟社會化分工、協作的基礎上，通過技術手段，這些缺點就可以完全被避免。如按照產品鏈或者生態圈的概念，通過縱向集成、端對端集成、橫向集成的三種集成方式，將相關企業進一步緊密集成在一起，快艇連接成了航母，企業既具有高度的靈活性與創新能力，又保證了在國際上的競爭能力。通過個性化的、分散式的生產，就可完勝中國集中的、大規模生產的傳統生產模式，德國劣勢瞬間將會變為優勢。
下面我們就分析一下工業4.0中的三項集成是如何幫助德國工業實現戰略轉變的。
圖3 工業4.0的三項集成
為充分發揮社會化協同制造的優勢（包含產品研發、生產、銷售、服務等內容），德國人在工業4.0中提出來3項集成：縱向集成、端對端集成、橫向集成。
縱向集成的全稱為“縱向集成和網絡化制造系統”，其實質是“將各種不同層面的IT系統集成在一起（例如，執行器與傳感器、控制、生產管理、制造和執行及企業計劃等不同層面）”（摘自德國工業4.0戰略計劃實施建議），也就是說將企業內不同的IT系統、生產設施（以數控機床、機器人等數字化生產設備為主）進行全面的集成，目的是建立一個高度集成化的系統，為將來智能工廠中網絡化制造、個性化定制、數字化生產提供支撐。
圖4 縱向集成和網絡化制造系統
端對端的集成是指“通過產品全價值鏈和為客戶需求而協作的不同公司，使現實世界與數字世界完成整合”。（摘自德國工業4.0戰略計劃實施建議），也就是說，通過產品的研發、生產、服務等產品全生命周期的工程活動，最典型的例子，如小米、蘋果手機圍繞產品的企業間的集成與合作。
請見下圖。（圖示中“產品”二字，是Production execution，此處應該翻譯為“制造執行”或者“生產”比較準確，筆者注）
圖5 端對端的集成
橫向集成是“指將各種使用不同制造階段和商業計劃的IT系統集成在一起，這其中既包括一個公司內部的材料、能源和信息的配置，也包括不同公司間的配置（價值網絡）”（摘自德國工業4.0戰略計劃實施建議）。也就是以供應鏈為主線，實現企業間的三流合一（物流、能源流、信息流），實現一種社會化協同生產。
圖6 橫向集成
簡單地講，縱向集成是一個企業內部的集成，包括企業內部信息化系統之間、信息化系統與生產設備之間的集成，是點的概念，是其他兩個集成的基礎；端對端是圍繞產品生命周期企業間的集成，是產品價值鏈的集成，是線（或叫鏈）的概念；橫向集成是以供應鏈為主線，企業間之間的集成，是社會化合作的重要基礎，是生態圈、是網的概念。
德國工業4.0戰略中，通過以上三個集成，全面打通企業內部（信息化系統及生產設備）、企業之間、社會化的集成、協同，實現靈活的、個性化的、高效的、社會化、智能的生產。
2）通過數字化、智能化，年老變成寶
德國人力資源匱乏、老齡化嚴重，如果在自動化的基礎上，實現數字化、智能化生產，體力勞動將大為減少，對勞動者的體力、反應敏捷度等方面的要求也將大大降低。在這種工作環境中，體力將不再是問題，這些老齡的勞動者可繼續工作，延長他們的職業生涯，而他們的豐富經驗與敬業精神，將有助于提升產品創新、質量與市場的競爭力。
這樣，通過技術手段，老齡化問題就得到最大程度地緩解。
3、在重大新技術面前，德國也毫不遜色
在雄厚的制造業、工業軟件、嵌入式技術等基礎上，在當今幾個熱點技術面前，如CPS、物聯網、云計算、大數據、人工智能、機器人、3D打印等，德國的研究與應用已經走在前列，通過持續的努力，德國完全可能抓住這些重大技術的機遇，從而引領世界。
基于以上分析，無論是德國的傳統優勢領域，還是當前略呈劣勢的方面，乃至將來發展的重大新技術面前，只要制訂科學、合理的戰略，德國就完全有能力突出重圍，從而“確保德國制造業的未來”。
三、精準布局，工業4.0成為德國致勝的利器
現在，德國已經將工業4.0作為《高技術戰略2020》中十大未來項目之一。也就是說，工業4.0已經上升為德國的國家戰略。
戰略原本是一個軍事術語，下面我們就從戰略的角度來分析一下工業4.0戰略。
自美國馬克斯維爾•泰勒將軍提出軍事戰略的三大構成要素為目標（ends）、手段（means）、方法（ways） 之后，目標、手段、方法成為戰略的三要素被大家所接受，分析戰略也必然從這三個方面展開。
通過研究、分析德國工業4.0的相關資料，蘭光創新認為，德國工業4.0的這三個戰略要素是很清晰的。
圖7 工業4.0參考架構中不同角度的示例
簡單地講，工業4.0的戰略目標就是“確保德國制造業的未來”。
工業4.0戰略的手段就是1個核心——CPS賽博物理系統，通過信息系統與智能機器、存儲系統和生產設施，將虛實兩世界融合起來，在2個主題（智能工廠與智能生產）進行重點研究與應用，實現企業內部的“智能化的生產系統及過程，以及網絡分布式生產設施的實現”，并通過3項集成（縱向集成、端對端集成、橫向集成），實現企業內、企業間、生態圈的集成，從而達到高度自動化、高度信息化、高度網絡化的智能化、個性化、社會化的生產與服務模式。
工業4.0戰略的方法，就是通過以上的技術手段、理念與標準在全球的推廣，實現德國“雙領先戰略”，最終達到“確保德國制造業的未來”的戰略目標。
第一個領先是“領先的供應商戰略”，強調德國裝備制造供應商要通過技術創新和集成，不斷提供世界領先的技術解決方案，并藉此成為“工業4.0”產品的全球領先的開發商、供應商；通過此方法，實現工業4.0軟硬件及“系統的系統”的解決方案，形成事實上的全球標準，將中國等國家由競爭對手變為方案傾銷市場，兵不血刃地占領，這也就是為什么默克爾等政要不遺余力推廣工業4.0的主要原因。
第二個領先是“領先的市場戰略”，強調將德國國內制造業作為主導市場加以培育，率先在德國國內制造企業加快推行“工業4.0”與實施CPS賽博物理系統，進一步壯大德國制造業。也就是說，用工業4.0的理念、技術手段等將德國國內企業武裝起來，提升其生產效率與競爭力，確保在全球競爭中占據主動地位。
為確保整個戰略的主動，德國在自己優勢領域設置了兩個制高點，也即“工業4.0”的兩大主題：
一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現；
二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。
智能生產是涉及整個企業包括生產物流管理等宏觀運營的層面，也就是我們中國人說的智能化工廠。
而“智能工廠”是工業4.0的首要主題，也就是中國人說的智能化車間。前面一句“智能化生產系統及過程”，是說除了包括智能化的機床、機器人等生產設施以外，還包括對生產過程的智能管控，如果換成信息化術語，就是智能化的MES制造執行系統。而后面一句：“以及網絡分布式生產設施的實現”，是指將生產所用的生產設施（如機床、熱處理設備、機器人、AGV、測量測試等各種數字化設備），進行互聯互通、智能化的管理，實現信息化系統與物理系統的深度融合，目前很多企業實施的DNC/MDC(設備聯網、設備監控系統)是其基礎。。
而這些，無論是CPS技術、生產設施等方面，德國都具有得天獨厚的優勢。
至此，從戰略的角度，我們可以很清晰地勾勒出德國工業4.0的戰略目標、手段與方法等，可以用一支“利箭”來表示出來：德國工業4.0戰略，是以CPS為核心與主線（與中國制造2025中“以兩化深度融合為主線”完全一致），以2個領先戰略為突破口，以智能工廠、智能生產為2個制高點，以3個集成為強勁的后翼，最終目標是“確保德國制造業的未來”。
圖8 德國工業4.0“利箭”戰略布局圖
通過以上講解，我們就可以很容易地理解，為什么工業4.0是“由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式”，德國是為了規避中國這種大企業（相對德國）集中生產、大規模生產、大批量生產的生產模式，向分散式、高度靈活、個性化的智能生產的轉變。
并通過以上的4.0戰略布局圖，我們可以很清晰地知道工業4.0的一個核心, 兩個主題、三項集成、兩個領先的戰略，這些都是德國人揚長補短、克敵制勝的策略，目的就是”確保德國制造業的未來。”
本講主要是分析了德國工業4.0戰略基礎、目標、方法與手段，并將工業4.0的一些關鍵技術進行了闡述。
下一講將從美國工業互聯網、中國制造2025等另外2個與工業4.0相近的國家戰略談起，找出這些戰略的共同聚焦點，也即中國制造企業實施工業4.0戰略的落腳點與突破口，敬請大家繼續關注。
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